(57)【要約】【課題】点灯時の封着部温度を低下させるとともに、バルブ１と封着材２との密着性を高めた冷陰極放電ランプPおよび照明装置１１を提供することを目的とする。【解決手段】両端に封止部を有するバルブ１と；前記バルブ１内に封装された一対の放電電極５と；一端側でこの放電電極５を支持するとともに、中間部が封止部に封着されて他端側がバルブ外に導出され、少なくとも中間部はモリブデンまたはタングステンの少なくとも一種を主成分とし、外表面に１〜１０μｍの銅層が形成されている封着材２と；を具備していることを特徴とする。外周面に形成された銅層２aによってバルブ１端部の封着性が高まる。また、封着材２の濡れ性が上がるため、放電電極５および外部リード線４と封着材２との溶接強度が高まる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に封止部を有するバルブと；
前記バルブ内に封装された一対の放電電極と；
一端側でこの放電電極を支持するとともに、中間部が封止部に封着されて他端側がバルブ外に導出され、少なくとも中間部はモリブデンまたはタングステンの少なくとも一種を主成分とし、外表面に１〜１０μｍの銅層が形成されている封着材と；
を具備していることを特徴とする冷陰極放電ランプ。
【請求項２】
前記封着材の外周面には前記放電電極まで銅層が形成されて、接着用金属材料が前記放電電極および前記封着材に形成された銅層に溶着して両者を接着していることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項３】
前記封着材の外周面には前記放電電極まで銅層が形成され、前記封着材に形成された銅層の一部が溶融して前記放電電極および前記封着材を接着していることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項４】
前記封着材の他端側は、外表面に銅からなる被覆層が形成された外部リード線と溶接され、外部リード線との溶接部までの外周面に銅層が形成されるとともに、被覆層の一部が溶融して封着材に形成された銅層に溶着していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の冷陰極放電ランプ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一に記載の冷陰極放電ランプと；
このランプが装着される装置本体と；
を具備していることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封着部の密着性を高めた冷陰極放電ランプおよびこの冷陰極放電ランプを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」と略称する。）を用いた小形のパソコンやテレビなどは薄形化や高輝度化が進められている。このＬＣＤ用のバックライト装置に使用される蛍光ランプには、小形化が容易であって寿命特性にも優れた冷陰極放電ランプが多用されている。
【０００３】
冷陰極放電ランプは電極が冷陰極であるためバルブ径を小さくすることが可能であり、バルブ内径が１２ｍｍ以下、たとえば、５ｍｍ以下の極めて細径のランプも開発されている。通常、冷陰極放電ランプの放電電極はスパッタリングにより消耗していくので、ある程度の大きさが必要であるが耐スパッタ性があるモリブデンなどを電極として使用すると、電極を小さく設計できる。また、モリブデンやタングステンのような仕事関数が小さい金属で放電電極を形成すると、発光に要する消費電力が少なくなる。こういった理由から耐スパッタ性があり、仕事関数が小さいモリブデンやタングステンなどの高融点金属を用いた高効率、長寿命な電極の需要が高まっている。
【０００４】
冷陰極放電ランプの電極部材は、放電電極、その基端側に一端側が溶接された封着材および封着材の他端側の端面に溶接された外部リード線からなる。電極は、電極部材をバルブ端部からバルブ内に挿入して封着材をバルブ端部に封着することで封装される。ところで、近年、冷陰極放電ランプの小型化、高出力化が進んでおり、従来の軟質ガラス製のバルブを発光管とする放電ランプでは、小型化、高出力化に対して機械的強度を確保することができない。そこで、バルブをホウ珪酸ガラスなどの硬質ガラスで構成する手段が採られている。硬質ガラスを使用した冷陰極放電ランプでは、耐熱性や機械的強度が高まって、小型化、高出力化ができるという利点がある。この場合には、コバール等の熱膨張率が硬質ガラスと近似した金属および合金からなる封着材が用いられる。一方、冷陰極放電ランプのさらなる小型化、高出力化に伴ってランプ点灯時の電極温度が高くなり、封着部の温度も上昇しつつある。そこで、従来コバール等で形成されていた封着材に熱伝導度が大きく、熱膨張率が硬質ガラスと近似したモリブデンやタングステンを用いることで封着部の温度上昇に伴って発生するクラック等の不具合を防止している（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４２０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、さらなる高出力化に対応するためには、発光管と封着材との密着性をさらに高める必要がある。上述した従来技術の封着材に用いられるモリブデンやタングステンは、ガラスへの拡散がほとんどないため、ガラスと封着材との密着性を高めるための改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、点灯時の封着部温度を低下させるとともに、バルブと封着材との密着性を高めた冷陰極放電ランプ、およびこの冷陰極放電ランプを光源として装着した照明装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の冷陰極放電ランプは、両端に封止部を有するバルブと；前記バルブ内に封装された一対の放電電極と；一端側でこの放電電極を支持するとともに、中間部が封止部に封着されて他端側がバルブ外に導出され、少なくとも中間部はモリブデンまたはタングステンの少なくとも一種を主成分とし、外表面に１〜１０μｍの銅層が形成されている封着材と；を具備していることを特徴とする。
【０００８】
なお、この請求項１に記載された発明、及び以下の各請求項に記載された発明において、特に、指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。
【０００９】
冷陰極放電ランプとは、水銀及び希ガスを封入しているもの、水銀を封入しない希ガス発光によるランプなどの放電ランプを含む。また、ランプの用途もバックライトに限らず、一般照明用はもとより、表示用や紫外線放射用などのランプにも使用できる。そして、バルブは、内径が５ｍｍ程度以下の細径化したものが好ましい。
【００１０】
バルブは、軟質ガラス、硬質ガラス、石英およびセラミックなどを用いることができるが、好ましくは硬質ガラスを使用することが望ましい。硬質ガラスとは、熱膨張率が３２〜６０×１０−７/℃のガラスである。
【００１１】
封着材の主成分は、モリブデン、タングステン単体、あるいはモリブデン、タングステンに、銅、レニウムなどの副成分金属を添加した合金であってもよい。主成分の組成はバルブと気密封着性を確保できる熱膨張率になるように好ましい材質を選べばよい。
【００１２】
封着材はこれら主成分の材料の周面に銅層を１〜１０μm、好ましくは２〜３μm形成されている。また、銅層は少なくとも封着部に形成されている。封着材は円筒状のガラス管の両端に封着されるときに直接またはビードガラス等によって間接的に封着されるが、封着材の封止を確実、かつ容易に行うために、ガラス巻き処理（ビーズガラス付け）したものを使用することが好ましい。
【００１３】
放電電極は、板状の金属からプレス成形して有底筒状に形成されたものでも、焼結によって形成されたものであってもよい。また、放電電極および封着材が一体的に形成されたものであってもよい。
【００１４】
請求項２に記載の冷陰極放電ランプは、前記封着材の外周面には前記放電電極まで銅層が形成されて、接着用金属材料が前記放電電極および前記封着材に形成された銅層に溶着して両者を接着していることを特徴とする。
【００１５】
接着用金属材料は、融点が低いほど放電電極と封着材との溶接が容易であるが、低すぎるとランプ点灯中の電極の温度上昇により溶接部の強度が低下してしまう。そこで、融点が１０００〜１７００℃程度の低融点金属が望ましい。例えば、コバール、銅、ニッケルなどが最適である。
【００１６】
銅層は、表面に亜酸化銅を形成することによってガラスとの密着力が高まり、強固に封着することができる。また、モリブデンに比べてニッケル、銅、コバルトなどの接着用金属材料との濡れ性がよいので、モリブデンのみからなる封着材を用いる場合に比べて電極と封着材との溶接強度が高くなる。
【００１７】
請求項３に記載の冷陰極放電ランプは、前記封着材の外周面には前記放電電極まで銅層が形成され、前記封着材に形成された銅層の一部が溶融して前記放電電極および前記封着材を接着していることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の冷陰極放電ランプは、前記封着材の他端側は、外表面に銅からなる被覆層が形成された外部リード線と溶接され、外部リード線との溶接部までの外周面に銅層が形成されるとともに、被覆層の一部が溶融して封着材に形成された銅層に溶着していることを特徴とする。
【００１９】
外部リード線は、例えばFe-Ni合金線の表面に銅が外部リード線全体に対して２０〜２５質量％被着して形成されたジュメット線が用いられる。ここで、Fe-Niの構成比率などは特に限定されず用途に合わせて適宜選択することができる。
【００２０】
銅層は、表面に亜酸化銅を形成することによってガラスとの密着力が高まり、強固に封着することができる。また、モリブデンに比べて銅の濡れ性がよいのでモリブデンのみからなる封着材を用いる場合に比べて封着材と外部リード線との溶接強度が高くなる。
【００２１】
請求項５に記載の冷照明装置は、請求項１ないし３のいずれか一に記載の冷陰極放電ランプと；このランプが装着される装置本体と；を具備していることを特徴とする。
【００２２】
照明装置は、液晶表示装置等に収納される表示用のバックライト装置に適用可能であるが、これ以外の表示装置や照明器具に使用することもできる。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の冷陰極放電ランプによれば、外周面に形成された銅層によってバルブ端部の封着性が高まる。
【００２４】
請求項２に記載の冷陰極放電ランプによれば、封着材の濡れ性が上がるため、放電電極と封着材との溶接強度が高まる。
【００２５】
請求項３に記載の冷陰極放電ランプによれば、放電電極と封着材との溶接において、両者の間に別部材としてグレージング材を用意する必要がなく製造が容易である。
【００２６】
請求項４に記載の冷陰極放電ランプによれば、封着材の濡れ性が上がるため、銅層が被覆された外部リード線との接続強度が高まる。
【００２７】
請求項５記載の照明装置によれば、請求項１ないし３の効果を有する冷陰極放電ランプを搭載した照明装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の冷陰極放電ランプを示す一部切り欠き正面図である。
【００３０】
冷陰極放電ランプＬは、たとえば直管形で、消費電力が５Ｗ以下、例えば２．５Ｗである。このランプＬは、外径が約２．６ｍｍ、内径が約１．６ｍｍ、長さが約２００ｍｍの硬質ガラス製（熱膨張率５１×１０−７/℃）のバルブ１を有している。このバルブ１は、内壁面に蛍光体層Pが形成され、両端が封着材２に溶着されたガラスビード３によって封止されて封止部を形成している。バルブ１には、内部に水銀とアルゴンおよびネオンの混合ガスからなる放電媒体が封入されている。
【００３１】
硬質ガラスとは、熱膨張率が３２〜６０×１０−７/℃のガラスの事であり、酸化ホウ素（B2O3）と珪酸（SiO2）を主成分とするホウ珪酸ガラス（熱膨張率５１×１０−７/℃）などがある。
【００３２】
封着材２は外部リード線４と接続され、封着材２はガラスビード３を介してバルブ１を封止するために、バルブ１と熱膨張率が近似した直径１．０ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）（熱膨張率５１×１０−７/℃）製のワイヤが用いられる。
【００３３】
冷陰極放電ランプの発光効率を上げるために、仕事関数が低いモリブデン製の有底円筒状の放電電極５が使用されており、この放電電極５がバルブ１の両端内部にそれぞれ封装されている。放電電極５は、封着材２の一端側に溶接によって接続されている。
【００３４】
モリブデンからなる有底筒状の放電電極５は、直径が約２．０ｍｍの底部５aを有している。
【００３５】
図２は、本発明による第１の実施形態の溶接前の封着材を示す断面図である。
【００３６】
封着材２は、直径約１．０ｍｍの円柱状に形成されたモリブデン（Mo）製のワイヤ２aの外周面に銅層２b（Cu）が厚さ２μｍで形成されている。ワイヤ２aの一端面２cおよび他端面２eには銅層が形成されていない。モリブデン（Mo）製のワイヤ２aはモリブデン線（Mo）を使用目的に合わせて切断したワイヤ材を用いる。ただし、モリブデン製のワイヤ材は、他の元素が添加されていてもよいし、焼結によって所定の寸法に形成したものを用いてもよい。このモリブデン製のワイヤ材をバレル研磨して得られたワイヤ２aの外周面に電気メッキや蒸着などの方法によって銅層２bを形成することができる。また、モリブデン線（Mo）に銅層を形成した後に、所定の寸法に切断したものであってもよい。
【００３７】
モリブデン（Mo）は熱膨張率が硬質ガラスに近似しており、封着性は比較的良好である。ところで、バルブ１の封着部では封着材２の一部がバルブ１へ拡散することによって両者が密着して高い気密性が得られる。つまり、バルブ１と封着材２との封着性は熱膨張率だけでは決まらず、封着材２のバルブ１への拡散が多いほど高い密着力で気密封止することができる。封着材のバルブへの拡散とは、バルブと封着材との界面よりもバルブ側で、バルブの成分中に封着材の粒子が散在する態様または封着材の一部が封着材から延在するようにバルブ中に存在する態様の少なくとも一方の状態をいう。また、拡散はバルブの封止部の少なくとも一部で発生していればよい。封着性を高めるために本発明者が検討した結果、封着材であるモリブデンワイヤ２aの外周面に所定厚さの銅層を被覆すると銅層２bの一部がバルブを構成するガラスへ拡散することによって密着力が高まることが分かった。つまり、モリブデン（Mo）を封着材として用いるとモリブデン（Mo）のガラスへの拡散が界面から約０．５μｍであるのに対して、外周面に銅層を１〜１０μｍ形成すると銅層の一部が界面から約５μｍまで拡散することがわかった。銅層は、表面の銅が酸化して緻密な亜酸化銅（Cu2O）をつくり、この亜酸化銅（Cu2O）がガラスへ拡散していくためにガラスと強固に融着すると考えられる。また、銅は熱伝導度がモリブデンおよびタングステンに比べて高いので、ワイヤ２aの外周面に銅層を形成した封着材はモリブデンのみで構成された封着材に比べて熱伝導度が上がることが期待できる。外周面に形成する銅層を１０μｍ以上にすると封着材の熱膨張率が変化して、封着性が悪化してしまう。一方、銅層が１μｍ以下の場合には銅層の拡散が充分でないために封着強度がそれほど上がらない。このため、封着材の外周面に形成する銅層は１〜１０μm、好ましくは２〜３μmが望ましい。
【００３８】
この構成の封着材２によれば、硬質ガラスと近似した熱膨張率であるとともにバルブ１への拡散がモリブデンのみからなる封着材よりも多いため封着性を高めることができる。さらに、外周面に銅層２bを形成したので熱伝導度が上がり、放熱性が高まる効果も期待できる。
【００３９】
図３は、第１の実施形態の放電電極５と封着材２との接続状態を示す拡大断面図である。
【００４０】
放電電極５と封着材２とは底部５aの外端面５bと封着材２の一端面２cとが対向するようにコバールからなる接着用金属材料６によって接続されている。接着用金属材料６は放電電極５の外端面５bおよび封着材２の一端面２c側の側面２dに付着していて、外観は滑らかな凹状曲面になっている。
【００４１】
次に、放電電極５と封着材２との接続方法について説明する。まず、略円板状のコバールからなる接着用金属材料６を封着材２の一端面２aにそれぞれの径中心が一致する位置で一時的に固着させる。固着方法は、抵抗溶接法、半田などの金属ロウ材による接着等の種々の方法で固定することができる。次に、封着材２に取付けられた接着用金属材料６を放電電極５の底部５aの外端面５bに接触させて抵抗溶接で溶接する。このときの放電電極５および封着材２の中心軸は互いに同一線上に並んでいる。溶接時には接着用金属材料６が溶融し、放電電極５の外端面５bおよび封着材２の一端面２c側の側面２dに被着して、両者が強固に溶接される。放電電極５と封着材２との抵抗溶接において発生する熱は、抵抗のジュール熱によって発生し、封着材２の一端面２cの中心部から高温領域が波紋状に外側へ広がっていく。  
【００４２】
ところで、接着用金属材料６を溶接して形成した溶接部の引張強度は、溶融した接着用金属材料６が放電電極５の外端面５bに付着する面積と、封着材２の側面２dに付着する面積に依存する。この面積は、溶融前の接着用金属材料６の直径および箔厚によって変化するので、接着用金属材料６の寸法を最適化することで溶接部の引張強度を向上させることができる。さらに、封着材２および放電電極５の濡れ性によってもこの面積は変化する。封着材２の外周面がモリブデン(Mo)の場合には溶融した接着用金属材料６の濡れ性が悪い。しかし、封着材２の外周面に銅層２aが形成されていると、低融点金属は銅に対して濡れ性がよいため接着用金属材料６の濡れ性がよくなり接着用金属材料６が他端側に広がって被着面積が大きくなるため接続強度が高くなる。
【００４３】
図４は、第１の実施形態の封着材２と外部リード線４との接続状態を示す拡大断面図である。
【００４４】
封着材２の他端面２eと外部リード線４の先端面とが抵抗溶接によって接続して構成されている。外部リード線４は、直径０．８ｍｍのNi−Fe合金からなる芯線４aの表面に銅からなる被覆層４bが、外部リード線全体に対して２０〜２５質量％被着して形成されている。抵抗溶接の電力は約３００Wである。この溶接によって、溶接時に外部リード線４の先端の一部が溶融して封着材２よりも径大な一部が略球形状の形状を有する膨出部４cを形成している。この膨出部４cは、封着材２の外側端面２eよりも中間側の外周表面上に延在するように被着されている。ここで、封着材２の外周面には銅層２aが形成されており、濡れ性が向上し被着面積が拡大し接続強度が向上する。外部リード線４には、従来軟質ガラスの封着用リード線として使用されてきた安価なジュメット線を使用することができる。
【００４５】
次に本発明の第１の実施形態の冷陰極放電ランプの製造方法について説明する。
【００４６】
まず、ガラスビーズ３を封着材２に融着すると共に、封着材２の一端部にコバールからなる金属膜を固定する。続いて、モリブデンからなる放電電極５の外端面５bに接着用金属材料６を介して封着材２の一端部を押圧しながら通電し、接着用金属材料６を封着材２の端部及び放電電極５の底面の両方に確実に融着する。次に、バルブ１の一端側にガラスビーズ３を融着させて封着材２を封着し、封着材２の他端部に外部リード線４を溶接して一端側の電極を形成する。そして、バルブ１の内部を排気して所定の希ガスを封入した後、バルブ１の他端側を同様に封着し、封着材２の他端部に外部リード線４を溶接してもう一方の電極を形成する。
【００４７】
次に本発明による第２の実施形態について説明する。
【００４８】
図５は、本発明による第２の実施形態の溶接前の封着材を示す断面図である。モリブデン製のワイヤ２aの外周面、一端面２cおよび他端面２eに銅層２bが形成されている。この構成の封着材２は、モリブデン製のワイヤ材をバレル研磨して得られたワイヤ２aの外面に電気メッキや蒸着などの方法によって銅層２bを形成することによって得られる。また、封着材２の一端面２cに形成しておく銅層２bの厚さは、外周面に形成する銅層と異なる厚さでもよく、好ましくは２〜１００μmが望ましい。この封着材２の一端面２aと放電電極５の底面とを対向するように当接させて、溶接すると一端面２cに形成された銅層２bが溶融して、接着用金属材料６として機能する。このため、放電電極５と封着材２との間に低融点金属からなる別部材を配設して溶接させる必要がなくなるので電極の製造が容易になる。また、外周面に銅層を形成しているので、溶融した銅の濡れ性がよくなり接続強度がコバールからなる接着用金属材料を配設する場合と同程度になる。一方、封着材２と外部リード線４とを抵抗溶接する場合、外部リード線４の中央から波紋状に熱が伝わるので、他端面２eに形成した銅層は外部リード線の被覆層４bよりも温度上昇が早い。このため、他端面２eに形成した銅層は溶融しやすく、両者の溶接が容易になる。
【００４９】
また、第２の実施形態の冷陰極放電ランプは第１の実施形態と同様の製造方法で製造することができる。
【００５０】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されない。たとえば、封止部としてのガラスビード３は必ず必要ではなく、封着材２がバルブ１の端部にそのまま封着される形態であってもよい。また、ランプは冷陰極形の蛍光ランプに限らず、放電維持媒体としては水銀以外の発光物質を封入していてもよく、例えばキセノンガスなどを封入した希ガス発光によるランプなど多種の細管形の放電ランプに適用できる。また、バルブの形状は直管形に限らずU字形、W字形、環形などに屈曲してあってもよい。
【００５１】
図６は、上記実施形態の冷陰極放電ランプLを搭載した照明装置１１を示す概略断面図である。１１は照明装置としての液晶表示装置で、この液晶表示装置１１は前面に照射用の開口１２を有する薄箱状のケース体１３を有し、このケース体１３内には装置本体となるバックライトユニット１４が収納されている。このバックライトユニット１４は、冷陰極放電ランプLを有し、この冷陰極放電ランプLの近傍にはバルブ１を内包するように近接導体を兼ねた銀蒸着されたフィルム状の反射面１５が一方向を開口した状態で巻回され、この反射面１５の照射方向にはアクリル樹脂製の導光板１６が配設されている。
【００５２】
導光板１６はケース体１３の開口１２に対向して位置している。また、導光板１６の背面側には平面状の反射板１８が配設され、導光板１６とケース体１３との間には、拡散板２０および集光板２１にて構成される制光手段２２が配設されている。そして、ケース体１３の開口１２の前面側には、表示手段としての液晶ユニット２４が配設されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の冷陰極放電ランプを示す一部切り欠き正面図である。
【図２】本発明による第１の実施形態の封着材を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態の放電電極と封着材との接続状態を示す拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態の封着材と外部リード線との接続状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明による第２の実施形態の封着材を示す断面図である。
【図６】実施形態の冷陰極放電ランプを搭載した照明装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…放電電極、２…封着材、４…外部リード線、５…放電電極、６…接着剤、１１…照明装置、１４…照明装置本体、Ｐ…冷陰極放電ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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